Нейротехнологии часто представляются чем-то из области научной фантастики. Все, что обещает сделать человека «быстрее, выше, сильнее», не кажется реалистичным. Однако некоторые футуристичные практики уже существуют, к примеру, нейроинтерфейсы по типу Neuralink Илона Маска или французской NextMind.
Очевидно, что любые технологии требуют научного базиса, а нейротехнологии невозможны без развития нейробиологии. О том, насколько продвинулась наука в изучении человеческого мозга и каковы перспективы развития нейротехнологий, рассказала соискатель степени PhD кафедры нейробиологии школы медицины Гарвардского университета Карина Лезгиева.
– В каком состоянии сегодня находится нейробиология? Можно ли оценить, насколько изучен человеческий мозг и как хорошо известны принципы его работы?
– Это очень относительный вопрос. Каждый день выходят сотни новых исследований, работа кипит, но сложно сказать, как далеко мы продвинулись, все зависит от конкретной области. Самая глубоко изученная сфера – это зрение. Оно легко поддается манипуляциям, поэтому стимулировать ответственные нейроны и блокировать их просто, следовательно, проще и наблюдать. Поэтому существует дисбаланс между областями исследований, это иногда создает проблемы. Например, многие вещи, которые уже изучены в зрении, остаются неизученными в других системах. Из-за этого каждый раз приходится доказывать, что если что-то уже давно изучено в зрительной системе, это не значит, что в условном осязании это работает так же. И этот разрыв продолжает расти.
Действительно, очень сложно определить масштаб работы, непонятно, при достижении какой точки мы сможем сказать, что мозг изучен. Один из профессоров пессимистично отвечал вопросом на вопрос: «А может ли мозг вообще понять мозг?» То есть, по его мнению, человеку дано понять ровно столько, сколько его собственный мозг ему позволит, и скорее всего мозг никогда не сможет понять сам себя полностью.
– Какие ведущие институты и лаборатории вы могли бы выделить и на чем они специализируются?
– Исследования по нейробиологии – это недешево, в сравнении, например, с микробиологией, исследования мозга на порядок дороже за счет высокотехнологичного оборудования, ежедневных расходов и прочего. Поэтому именитые научные центры появляются там, где их готовы спонсировать. В США, на мой взгляд, можно отметить Гарвард, Стэнфорд, Калифорнийский университет в Сан-Франциско, в Ла-Хойе, институт Скриппс. Если говорить про другие страны, в Китае сейчас очень активно развивается нейронаука, постоянно открываются новые институты, правительство очень щедро раздает гранты и привлекает специалистов. В Европе – это ИМЕК в Бельгии, университет Макса Планка в Германии, EDPL в Швейцарии, в Британии самый серьезный институт – это UCL.
Карина Лезгиева, соискатель степени PhD кафедры нейробиологии школы медицины Гарвардского университета
– А каковы современные тренды в нейробиологии? Какие области исследований более популярны?
– Есть такое ощущение, что сейчас меньшее количество людей хочет заниматься молекулярными механизмами, например, в изучении памяти или в сенсорике, и все больше хотят работать с чем-то, что связано с математикой. Например, сейчас в научных кругах набирает обороты вычислительная нейробиология. На мой взгляд, такой всплеск интереса связан с распространением технологии Big Data. Сегодня можно получать огромное количество данных, и во многом это стало возможным из-за прогресса в технических средствах. К примеру, есть такие электроды – нейропиксели, это своего рода датчики для регистрации активности нейронов. Работа с ними дает огромный массив данных, который нужно обработать, чтобы выявить интересующие связи и построить математические модели, которые будут применяться в исследованиях.
Можно сказать, что сейчас в науке наблюдается переход от эмпирических исследований к количественным. Но у этого тренда есть и обратная сторона – широкая доступность технических средств, которые позволяют получать данные, приводит к тому, что люди просто генерируют данные, что само по себе, без анализа и обработки, – бесполезно, а местами даже вредно для развития науки.
Еще один тренд, который в целом актуален всегда, – это исследования боли, отчасти они популярны из-за того, что это очень денежная сфера, там всегда получают огромные гранты, в частности, от военных. В изучении боли сейчас очень популярно исследование изменений нормального осязания в разных болевых состояниях. Например, есть нейроны, которые никак не реагируют при стимуляции в нормальных условиях, но когда их же стимулируют в болевом или воспаленном состоянии, это вызывает страшные боли. Понимание того, как работают эти механизмы, может серьезно помочь в разработке терапии.
Кстати, изучение болезней и реабилитации после повреждений мозга тоже сегодня популярнее, чем когда-либо. Еще из трендов можно отметить исследования памяти и навигации, снова во многом из-за физической доступности нужной области мозга для экспериментов.
– А как еще нейробиология может реализоваться на практике, какие результаты привносить в повседневную жизнь?
– В первую очередь нужно сказать, что нейробиология – это не прикладная, а фундаментальная наука, то есть она не нацелена на получение сиюминутных результатов. Конечно, плоды таких исследований потом очень широко используются, но в более краткосрочной перспективе основная мотивация – разобраться, как работает тот или иной механизм.
Говоря о чем-то более прикладном, можно упомянуть протезы. В разработке протезов сегодня активно используют результаты нейробиологических исследований. Все нейропротезирование, высокотехнологичные протезы, роботизированная или «электрическая» кожа – везде полагаются на результаты наших изысканий. Несмотря на то, что сейчас это не слишком распространено, я считаю, что в будущем, возможно, даже в ближайшем, ситуация изменится. Достижения нейробиологии помогут создать функциональные протезы кожи, которые имеют тактильный отклик. Такое развитие может стать революционным для протезирования, поскольку это будет означать возвращение функции осязания для утраченных конечностей. Планируется, что «электрическая» кожа будет использовать микрокомпьютеры, обеспечивающие осязание вычислительным способом. Эти же технологии в потенциале можно будет использовать и в робототехнике, чтобы сделать роботов «человечнее» и аккуратнее. Вы ведь не задумываетесь, с какой силой сжимать стакан, когда вы его поднимаете, другое дело – робот.
Так что, чем больше мы знаем о человеческом мозге – тем лучше. Изобретая протез, не надо выдумывать велосипед, человеческие органы, например, кожа, прекрасно справляются со своими задачами, поэтому что-то принципиально новое не нужно, но нужно «подвинуть» наши технологии к тому, чтобы максимально близко повторить то, что создала природа. Сделать это мы можем ровно настолько, насколько мы это понимаем, так что, чем дальше мы продвигаемся в понимании сенсомоторных систем, тем больше можем подражать природе.
– Вообще понятие протезов сегодня расширяется. Сейчас говорят о функциональных бионических протезах, нейропротезах и прочих, даже о протезировании памяти. Насколько в действительности возможно, к примеру, улучшить свою память?
– Это правда, понятие протеза действительно становится шире. Если говорить о «протезировании памяти», то нужно понимать, что конкретно имеется в виду, физическое устройство или что-то, что выполняет функцию протеза. К примеру, протезом условно можно будет называть лекарство, способное остановить нейродегенерацию. Если процесс отмирания нейронов у человека с болезнью Альцгеймера получится остановить, не важно, за счет устройства или лекарства, то в теории это можно было бы назвать протезом памяти.
Еще одна технология, которая тоже может относиться к теме, – это добавление воспоминаний, и, по моему мнению, это станет возможно в ближайшем будущем. Эксперименты на мышах, например, уже проводятся и даже показывают результаты. Суть такого подхода состоит в том, что если известна нейронная подпись какого-то воспоминания, то есть какая группа нейронов там активируется, то в теории можно активировать нейроны другим способом и изменить воспоминания. В целом, механизм управления памятью тоже можно условно назвать протезом памяти и впоследствии применять, например, в психотерапии.
– Сегодня протез – это прежде всего устройство для восстановления утраченной функции, но технологии развиваются и, вероятно, в будущем протезы смогут функционировать лучше, чем человеческие органы. Как вы думаете, может ли сложиться так, что протез будет рассматриваться в качестве гаджета, а не необходимости?
– Тут все зависит от того, как скоро появится возможность изготовления высококачественных сенсомоторных протезов. Как только возникнет техническая возможность, не будет проблемой кому-то что-то добавить. По моему мнению, это больше вопрос этики или социологии. Если это окажется социально приемлемо и на это будет спрос, то, скорее всего, это возможно.
Тут также нужно принимать во внимание и то, в какую сторону будет двигаться прогресс в протезировании. Например, протезирование может пойти по пути «быстрее, выше, сильнее», и это относительно простая задача, потому что необходимо просто улучшать имеющиеся функции. В то же время возможно, что протезирование пойдет по иному пути: допустим, появится необходимость в добавлении человеку «ощущения электричества», как у некоторых морских животных, тогда это станет задачей посложнее. В любом случае для нейробиологии здесь найдется свое место, но вряд ли в авангарде, а скорее на службе общественного запроса.
– Возможен ли будет в потенциале апгрейд мозга, усиление каких-то его функций, замедление или остановка процессов старения?
– Тут надо сразу отметить, что старение имеет отношение не только к мозгу, это изнашивание всего организма. Поэтому борьба со старением касается не только нейробиологии, но биологии в целом. Возможно, в будущем нейробиология сможет остановить нейродегенеративные заболевания, которые возникают с возрастом, например, болезнь Альцгеймера или Паркинсона.
Когда ученые отвечают на вопросы о старении, они обычно делятся на две категории: те, кто считает, что процесс старения можно отключить, лучше разобравшись в работе мозга, и те, кто считает, что у организма есть естественный предел. По моему мнению, правы скорее вторые, потому что, на мой взгляд, человеческий организм не «спроектирован» так, чтобы жить вечно. Биология и медицина движутся вперед, и это позволяет нашему телу не «ломаться» раньше срока – это уже хорошо. По моему собственному мнению, предел длительности человеческой жизни пока еще не достигнут и наука сможет еще ее продлить, но вряд ли этим будут заниматься нейробиологи. На нейробиологов ляжет другая функция – обеспечение качества продленной жизни. Прожить до девяноста лет – это, конечно, хорошо, но весьма сомнительно, если последние пятнадцать из них проведены в забвении из-за болезни Альцгеймера. Успех – это прожить девяносто лет в здравом уме, это и есть «апгрейд» в ближайшей перспективе.
– А возможно ли в теории создание полноценного искусственного мозга?
– На такие вопросы очень сложно отвечать. По моему мнению, искусственный мозг – это еще более неопределенная концепция, чем искусственный интеллект. При детальном рассмотрении этот вопрос рассыпается на огромное количество более мелких: важно ли, чтобы это были человеческие мозг и интеллект? Как такой интеллект будет определяться? Должен ли искусственный мозг быть машиной, которая способна справиться с любой задачей, с которой сможет справиться человек на том же уровне? Должен ли такой мозг обладать свободой воли или следовать заданным правилам?
Вопросов много, и для того чтобы создать искусственный мозг, нужно сперва найти на них ответы. А потом на смену техническим вопросам придут и морально-этические. Предположим, что мы все-таки разобрались и смогли создать искусственный мозг, но что дальше? Вставим его в робота? А чем тогда этот робот будет отличаться от человека? Какой у него будет правовой статус? Но это все еще очень-очень далеко во временной перспективе, сегодня у нас даже нет четкого определения искусственного мозга.
– А как насчет искусственного интеллекта? С точки зрения нейробиологии, насколько полно нужно понимать искусственный интеллект, чтобы его создать? И с учетом его самообучаемости какова вероятность того, что он «поймет», как он работает, раньше, чем люди?
– Однозначного ответа нет, искусственный интеллект тоже не имеет четкого определения и часто неоднозначно трактуется. Тем не менее, есть интересные прецеденты. Например, было одно исследование зрительной системы, где перед учеными поставили задачу создать механизм визуального распознавания объектов с использованием самообучающихся нейросетей. С поставленной задачей команда справилась, показатели эффективности соответствовали ожиданиям, но в какой-то момент эффективность работы механизма резко возросла. Как и за счет чего это произошло, никому не было понятно, но затем пришли к выводу о том, что алгоритм запустил процесс активного самообучения.
Примерно похожий случай был с Google DeepMind, сервисом, который способен предсказывать 3D структуру протеина. Ученые годами занимались этим вручную и не всегда успешно, но в какой-то момент ИИ Google научился делать это очень точно. Получается так, что иногда нужно просто позволить ИИ чему-то научиться и совсем не обязательно понимать, каким образом он это сделал. Так что, вполне возможно, что ИИ осознает сам себя раньше, чем это сделаем мы.
Беседовал Максат Камысов
©«Новый оборонный заказ. Стратегии»
№ 6 (77), 2022 г., Санкт-Петербург
